來源:中國航空報
時間:2015-05-04 00:00:00
科學始於測試。
大國博弈,航空工業的發展及其技術成熟是一塊重要砝碼,而能夠支撐這塊砝碼質量的,就包括試飛測試技術。一位國內專家曾評價到,試飛測試技術是統領試飛技術的靈魂。
2012年3月28日,中航工業專家組宣布:“中航工業試飛中心研製的網絡化測試係統攻克了多項關鍵技術,集成設計的測試係統功能和性能指標滿足型號試飛測試的總體要求,技術水平達到國內領先,國際先進。”幾個月後,某型機驗證了試飛中心獨立研製的網絡化測試係統。
55年來,我國的飛行試驗事業從無到有,從小到大,從弱到強,取得了光輝的成就。如今,試飛中心的實力大大增強。與上世紀90年代相比,試飛測試和地麵監控能力成數量級地增長;數據處理周期從以月計到以時、分、甚至秒記。2013年12月18日,航空試飛測試技術成果展隆重開幕,與會專家指出,試飛中心的測試技術處於國內領先水平,既符合飛行試驗的發展需求,也與當前航空工業的發展相匹配。
試飛測試技術的發展軌跡
試飛測試技術主要由試飛測試參數傳感器與校準、試飛機載測試、試飛遙測監控、試飛數據處理、試飛外部參數測試等五個方麵組成,是一個覆蓋傳感器、信號調理、數據采集、數據記錄、遙測傳輸、實時監控、數據處理、光電測量、影像分析、雷達電子等多個專業的綜合應用技術,參數涉及高度、速度、壓力、溫度、力、振動、過載、姿態、位移、角速度、流量、迎角、側滑角、電流(壓)、應變、噪聲、空間位置等十幾種類型。而飛行試驗測試的目的就是獲取數據,用以驗證被試對象的各種性能指標和對試飛中出現的各種現象、狀態進行分析研究。可以說,完整的測試鏈是飛行試驗的一個最重要的關鍵試驗環節。
一位美國試飛員說過,沒有先進的測試技術保障,就沒有現在的F-22、F-35,俄羅斯“BOR”係列為高超聲速飛行器和航天飛機所做出的貢獻也將永遠塵封在檔案袋裏。
從世界範圍來看,最早的飛行試驗測試即試飛結果主要靠試飛員主觀評述;1910年,飛機座艙內從一個轉速表增加到10個座艙儀表,試飛員通過讀表得到數據並記在他們膝蓋上的卡片上;20世紀30年代,飛行試驗開始用電影膠片記錄儀表讀數。第二次世界大戰後,傳感器開始出現,光學示波器開始使用。50年代開始出現調頻磁帶記錄器;60年代PCM編碼為主要記錄標準,數字磁帶機開始應用,遙測技術亦在此時得到應用。伴隨測試設備和技術的提升,測試參數也從最初的幾個增加到幾十個、上百個到後來的上萬個,甚至到現在的海量數據。
上世紀50年代末,我國的科研試飛事業剛剛起步,國內對飛機試飛測試還比較陌生。當時,由原蘇聯專家對試飛中心的第一代科研人員進行了培訓,講義被整理編製成冊。靠著一本小冊子,試飛人逐漸掌握了試飛參數測試方法、測試儀器配置、測試方案設計、測試儀器機上改裝、測試數據判讀處理等。
20世紀60~70年代,我國的試飛測試主要依賴於航空自記器和光學示波器,初步實現了從手工計算到計算機處理,攝影測量從定性到定量。同期,美國的經濟、科技飛速發展,阿波羅登月計劃成功,並實現了影像超遠距離傳播。70年代中期,試飛中心成功研製出了國內首台調頻和數碼磁帶機;遙測技術開始投入使用。
20世紀80年代是試飛測試技術開始與國際接軌的時期。期間引進的是第一個可編程的PCM數據采集係統,測量參數達200個,速率8K字/秒;測試參數達1000個,PCM速率達32K字/秒,實現了飛行試驗的地麵監控。這些係統對“三機定型”(J8Ⅱ、J7Ⅲ、JJ7)和Y7係列適航試飛發揮了重要作用。同期,試飛中心成功研製出了三代數碼磁帶機。
20世紀90年代以來,我國的試飛測試水平得到空前提高,以ADAS/GDAS研製成功為標誌,試飛中心的測試技術全麵進入綜合測試階段,測試技術實現與國際接軌。ADAS/GDAS係統在國內首次攻克了包括三代機、飛控等一大批專用采集器研製技術,整套係統完全自主綜合、集成和調試,磁(帶)遙(測)視(頻)三合一的係統達到了國際先進水平。該係統總采樣率達8Mb/秒;地麵監控參數達2000個,總速率達3MB/S;監控顯示畫麵約60幅;80%的試飛數據做到了實時和準實時處理。1999年,該係統獲原中航工業總公司科技進步一等獎;2003年,ADAS/GDAS係統首次出口國外。
以ADAS/GDAS研製成功樹立中國試飛測試技術發展裏程碑開始,我國的測試係統建設從“交鑰匙工程”的成套引進方式轉為自行進行係統設計、部分測試設備自行開發、自行調試和係統集成、自行完成鑒定試飛的建設模式,試飛中心機載測試專業技術發展和建設開始著重向深度發展。
當今世界試飛測試技術發展趨勢
從美國F係列飛機和歐洲空客飛機機載測試係統發展變遷可以看出,機載測試係統由傳統係統構架正逐步向網絡化方向邁進。
為了滿足21世紀的需要,美國國防部提出了通用機載儀表係統(CAIS)的發展計劃,目的是實現飛行試驗測試設備的標準化、通用性和互換性。CAIS標準頒布後,CAIS總線應運而生,據此建立的係統已在F/A-18E/F、F-22和F-35等飛機上得到成功運用。CAIS成功之處在於它統一了美國各飛行試驗和鑒定機構之間測試設備的使用語言之標準,真正實現了飛行試驗各機載測試分係統之間以及與地麵數據係統間數據與信息的高度集成與綜合,提高了飛行試驗效率。
空客A380飛行試驗數據采集網的係統組成和網絡結構則比較清晰,係統采用了基於網絡的4層體係結構,第一層負責傳統的模擬量、開關量等信號的獲取和調理;第二層完成來自傳感器層和航空電子總線、1553B總線、串行總線的數據采集;第三層為數據集合和分配層,通過以太網交換機完成采集層各采集單元的數據集合,並按需要把數據分配給數據處理、記錄和遙測設備;而最後的數據記錄和分析層則包括雙餘度數據記錄係統和實時數據處理係統。
然而,更讓人關注的是美國試驗中心和項目評估投資機構於2004年10月啟動的增強遙測綜合網項目開發計劃。該計劃的目的是為試驗場和試驗基地自主發展綜合增強型遙測網絡係統,解決試驗中空地網絡化、遙測寬帶、多係統信息融合分析等問題,由機載網絡係統、遙測射頻傳輸網絡係統、地麵網絡係統三部分組成,即建立空天地一體化的遙測網絡係統。
由此推斷,以太網必將取代各種專用總線,形成新的機載數據采集記錄網絡架構。至此,我們可以清晰地看出國際上遙測技術的發展趨勢。
新一代網絡化通用機載測試係統再開紀元
隨著新型飛機越來越先進、係統越來越複雜,測試參數開始快速增長,飛行試驗參數也越來越多,從20世紀50、60年代幾十個測量參數,到20世紀80年代上千個測試參數、90年代兩三千個參數,進入21世紀預計大型客機機載采集參數將達到20000個以上。同時,伴隨著新一代飛機試飛對安全性、經濟性和信息化更高的追求,各種測試設備從幾百台件猛增到幾千台件,一個架次測試的數據量也從幾十兆字節增加到上百萬兆字節,傳統的測試設備和測試技術已經無法滿足現代飛行試驗測試需求的快速增長。
2011年3月,試飛中心開始著手新一代網絡化通用機載測試係統研製,目前,該項目已通過試飛驗證,突破了八大關鍵技術,形成了一批專利群,並逐步建立了我國綜合遙測網絡標準。2014年10月,該項目榮獲“中航工業優秀預研項目獎”。
新一代網絡化通用機載測試係統中的設備除了具有高數率、大容量、可進行智能化管理等優勢,還具有標準化、積木式、通用性等特點,可全麵提供飛行試驗遙測機載測試設備解決方案,未來將逐步滿足從軍機到民機測試、單係統到全狀態試飛測試全範圍的應用需求,為我國的航空飛行器研製模式開辟了新的曆史紀元。
試飛測試技術是一個由眾多學科研究組成的係統工程。如今,走進試飛中心,測試成果琳琅滿目。多種試飛測試參數傳感器及天線等已形成係列,並成功應用於航空航天試飛領域,助推了國防現代化進程;地麵實時安全監控係統在國內首開先河,實現了實時監控的各類數據關聯,以及對飛機故障趨勢的實時監控和預告警,有效提高了科研試飛安全係數;機載BD/GPS授時定位器IRIG-B(AC)碼時間同步精度優於4微妙,技術獨樹一幟,加快了某係統在飛行試驗中的應用步伐。
在對試飛測試技術的孜孜探索中,試飛中心以先進的機載光電測試、地麵跟蹤測試、船載平台光電測試及伴飛光電跟蹤測試技術和手段交織形成了一張龐大的、無形的“天網”,書寫了騰飛世界、問鼎藍天的輝煌,創造了對標國際、創新發展的奇跡。不久的將來,試飛中心必將在飛行試驗測試技術領域和國際同行一較高下。
第二層完成來自傳感器層和航空電子總線、1553B總線、串行總線的數據采集;第三層為數據集合和分配層,通過以太網交換機完成采集層各采集單元的數據集合,並按需要把數據分配給數據處理、記錄和遙測設備;而最後的數據記錄和分析層則包括雙餘度數據記錄係統和實時數據處理係統。
然而,更讓人關注的是美國試驗中心和項目評估投資機構於2004年10月啟動的增強遙測綜合網項目開發計劃。該計劃的目的是為試驗場和試驗基地自主發展綜合增強型遙測網絡係統,解決試驗中空地網絡化、遙測寬帶、多係統信息融合分析等問題,由機載網絡係統、遙測射頻傳輸網絡係統、地麵網絡係統三部分組成,即建立空天地一體化的遙測網絡係統。
由此推斷,以太網必將取代各種專用總線,形成新的機載數據采集記錄網絡架構。至此,我們可以清晰地看出國際上遙測技術的發展趨勢。
新一代網絡化通用機載測試係統再開紀元
隨著新型飛機越來越先進、係統越來越複雜,測試參數開始快速增長,飛行試驗參數也越來越多,從20世紀50、60年代幾十個測量參數,到20世紀80年代上千個測試參數、90年代兩三千個參數,進入21世紀預計大型客機機載采集參數將達到20000個以上。同時,伴隨著新一代飛機試飛對安全性、經濟性和信息化更高的追求,各種測試設備從幾百台件猛增到幾千台件,一個架次測試的數據量也從幾十兆字節增加到上百萬兆字節,傳統的測試設備和測試技術已經無法滿足現代飛行試驗測試需求的快速增長。
2011年3月,試飛中心開始著手新一代網絡化通用機載測試係統研製,目前,該項目已通過試飛驗證,突破了八大關鍵技術,形成了一批專利群,並逐步建立了我國綜合遙測網絡標準。2014年10月,該項目榮獲“中航工業優秀預研項目獎”。
新一代網絡化通用機載測試係統中的設備除了具有高數率、大容量、可進行智能化管理等優勢,還具有標準化、積木式、通用性等特點,可全麵提供飛行試驗遙測機載測試設備解決方案,未來將逐步滿足從軍機到民機測試、單係統到全狀態試飛測試全範圍的應用需求,為我國的航空飛行器研製模式開辟了新的曆史紀元。
試飛測試技術是一個由眾多學科研究組成的係統工程。如今,走進試飛中心,測試成果琳琅滿目。多種試飛測試參數傳感器及天線等已形成係列,並成功應用於航空航天試飛領域,助推了國防現代化進程;地麵實時安全監控係統在國內首開先河,實現了實時監控的各類數據關聯,以及對飛機故障趨勢的實時監控和預告警,有效提高了科研試飛安全係數;機載BD/GPS授時定位器IRIG-B(AC)碼時間同步精度優於4微妙,技術獨樹一幟,加快了某係統在飛行試驗中的應用步伐。
在對試飛測試技術的孜孜探索中,試飛中心以先進的機載光電測試、地麵跟蹤測試、船載平台光電測試及伴飛光電跟蹤測試技術和手段交織形成了一張龐大的、無形的“天網”,書寫了騰飛世界、問鼎藍天的輝煌,創造了對標國際、創新發展的奇跡。不久的將來,試飛中心必將在飛行試驗測試技術領域和國際同行一較高下。